Welk lastoevoegmateriaal bij welke aluminium toepassing?

Bij het kiezen van een optimale laslegering moeten het uiteindelijke gebruik van de las en de gewenste prestaties voorop staan. Veel legeringen en legeringcombinaties kunnen met elkaar worden verbonden met behulp van een aantal laslegeringen, maar slechts één lastoevoegmetaal is de beste voor een bepaalde toepassing.
 

De primaire factoren die gewoonlijk in ogenschouw worden genomen bij het kiezen van een laslegering zijn:
Lasgemak en het achterwege blijven van scheuren;
 

• Trek- en afschuifsterkte van de las (wordt, gezien de uitgebreidheid,
• in een volgend nummer behandeld);
• Taaiheid van de las;
• Bedrijfstemperatuur;
• Weerstand tegen corrosie;
• Kleurovereenkomst tussen de las en de basislegering na anodiseren.

Scheurgevoeligheid
Lasgemak is de eerste overweging voor de meeste lastoepassingen. In het algemeen kunnen de niet-warmtebehandelbare aluminiumlegeringen worden gelast met lastoevoegmetaal van dezelfde basissamenstelling als het basismetaal. Soms wordt een kleine hoeveelheid korrelverfijner toegevoegd aan de laslegering om scheuring tijdens lassen tot een minimum te beperken. Zo zijn de legeringen 5554 en 5556 identiek aan de basislegeringen 5454 en 5456, met enige uitzondering dat er aan eerstgenoemden titaan is toegevoegd voor korrelverfijning. De warmtebehandelbare aluminiumlegeringen zijn metallurgisch gezien wat complexer en zijn gevoeliger voor warmscheuring, hetgeen het gevolg is van plaatselijk vloeibaar worden van de warmtebeïnvloede zone tijdens lassen. In het algemeen geldt dat een ongelijksoortige laslegering met extra legeringselementen, zoals bijvoorbeeld koper of silicium, in dat geval zijn te prefereren. Voor het lassen van warmtebehandelbare aluminiumlegeringen worden laslegeringen gebruikt met een lagere smelttemperatuur dan de basislegering, waardoor interkristallijne scheuring wordt tegengegaan.  De legering 2219 vertoont weinig gevoeligheid voor warmscheuren en die kan worden gelast met de laslegering 2319. De hoog-zuivere lxxx-reeks en 3003 zijn makkelijk aan elkaar te lassen met laslegering 1100, of een aluminium-siliciumlegering zoals 4043. Van de 2xxx-reeks is 2219 het best las baar en wel met de laslegeringen 2319, 4043 en 4145. De aluminium-silicium koper-laslegering 4145 biedt de minste gevoeligheid voor lasscheuren bij het lassen van koperhoudende kneedlegeringen uit de 2xxx-reeks en de aluminium-koper- en aluminium-silicium-koper-gietlegeringen.  


De scheurgevoeligheid van aluminium-magnesiumlegeringen neemt af als het magnesiumgehalte tot boven 2% stijgt. De laslegeringen met hoog magnesiumgehalte 5356,5183 en 5556 kunnen worden gebruikt voor het lassen van aluminium-magnesium-kneedlegeringen en aluminium-gietlegeringen, bij gebruik van de booglasprocessen onder schermgas.  De 6xxx-reeks worden het gemakkelijkst gelast met de aluminium-silicium-laslegeringen zoals 4043 en 4047. Er kan echter ook gebruik worden gemaakt van aluminiummagnesium- laslegeringen voor het lassen van de laag-koperhoudende 6xxx-legeringen als er hogere afschuifsterkte en lasmetaaltaaiheid in de gelaste toestand worden gevraagd. De legeringen uit de 6xxx-reeks moeten niet worden gelast met laslegeringen die overeenkomen met het basismetaal of zonder lastoevoegmetaal, omdat dit kan uitmonden in scheuring. Wanneer er als lastoevoegmetaal gebruik wordt gemaakt van de laslegering 4043, dan moet de las voor 50% bestaan uit 4043. In geval van 5356-lastoevoegmetaal, moet de las minimaal voor 70% bestaan uit 5356. De 7xxx-reeks (aluminium-zink-magnesium-legeringen) vertonen een breed gebied van scheurgevoeligheid tijdens lassen. De legeringen 7005 en 7039, beide met een laag ( <01, 1%) kopergehalte, vertonen een smal smelttraject en kunnen makkelijk worden verbonden met de hoog-magnesium- laslegeringen 5356,5183 en 5556. De legeringen uit de 7xxx-reeks die een aanzienlijke hoeveelheid koper bevatten, zoals 7075 en 7178, bezitten juist een heel breed smelttraject met een lage solidustemperatuur en zijn buitengewoon gevoelig voor lasscheuren. De aluminium-lithiumlegeringen zijn lasbaar als de juiste laslegeringen worden gekozen. De legeringen 2090 en 2095 zijn eenvoudig te lassen met laslegering 2319.

Taaiheid
De taaiheid van aluminium lassen is uitstekend in geval van de niet-warmtebehandelbare legeringen wanneer er gebruik wordt gemaakt van gelijksoortige laslegeringen. De hoogste taaiheid wordt waargenomen bij de zuivere aluminiumlegeringen. De legeringen uit de 5xxx-reeks vertonen eveneens hoge taaiheid als ze worden gelast met laslegeringen uit de 5xxx-reeks. Lassen in de niet-warmtebehandelbare legeringen vertonen niet zulke hoge taaiheidsniveaus als die van de niet-warmtebehandelbare legeringen. Daar komt nog bij dat warmtebehandeling na het lassen de taaiheid nadelig beïnvloedt. Bij het lassen van basislegeringen 6061 en 6063 met laslegeringen uit de 5xxx-reeks worden er 50% hogere taaiheicisniveaus behaald dan bij gebruik van een aluminiumsilicium- laslegering zoals bijvoorbeeld 4043. Bij het lassen van aluminium-koperlegeringen met laslegeringen 4043 en 4145 worden er lage taaiheidsresultaten geboekt. Middelmatige taaiheid wordt verkregen als de aluminium-koperlegeringen worden gelast met laslegering 2319. Bovendien produceert 2319 de hoogste lasmetaaltaaiheid van aluminium-koperlegeringen in geval van warmtebehandeling na het lassen. Lassen in Al-Zn-Mg-Cu-legeringen, zoals 7075 en 7178, bezitten zeer lage taaiheid (1% of nog minder). Dit, tezamen met hun gevoeligheid voor scheuring bij booglassen, maakt ze tamelijk ongeschikt voor booglasroepassingen.


De laagkoperhoudende legeringen uit de 7xxx-reeks 7005 en 7039, vertonen goede taaiheid van de las als er gebruik wordt gemaakt van de laslegeringen 5138 5356 en 5556. In geval van het lassen van hoog-siliciumhoudende legeringen, zoals de 356.0 gietlegering, aan een legering met een hoog magnesiumgehalte, zoals 5083 blijkt de fusiezone lage taaiheid te bezitten. Dit is door geen enkele laslegering te verhelpen. Wanneer er een aluminium-magnesium-laslegering wordt gebruikt voor het lassen van 5083, dan treedt er een grensvlak op bestaande uit Mg2Si aan de 356.0 kant van de las. Het gebruik van aluminium silicium-lastoevoegmetaal, dat overeenkomt met de gietlegering 356.0, verschuift het grensvlak met de lage taaiheid naar de 5083- kant van de las. Een aantrekkelijke oplossing bestaat uit het lassen van de 5083- legering aan een aluminium-magnesium- gietlegering, of de 356.0 ( 7% Si) gietlegering aan een kneedlegering, zoals 6061, die ook  moet worden gelast met een aluminium-silicium-laslegering

Bedrijfstemperatuur
Aluminiumlegeringen verliezen een aanzienlijk deel van hun sterkte als de temperatuur boven 200°C uitkomt. De legeringen uit de 2xxx-reeks bezittende beste hoge-temperatuurseigenschappen. Basis- en laslegeringen uit de 5xxxreeks met nominale magnesiumgehates van meer dan 3% worden niet aanbevolen voor gebruik bij temperaturen hoger dan 65°C, omdat ze dan gevoelig worden voor scheurvormende spanningscorrosie. Basislegering 5454 en zijn bijbehorende laslegering 5554 zijn speciaal ontwikkeld binnen de 5xxx-reeks voor gebruik bij voortdurende hoge bedrijfstemperatuur. Bij dalende temperatuur winnen aluminiumlegeringen en hun lassen aan sterkte. In plaats van bros te worden, behouden ze hun taaiheid als de temperamur daalt beneden
0°C of neemt deze zelfs toe. De hoog-mangaanhoudende legeringen uit de 5 xxx-reeks bezitten goede cryogene eigenschappen en ze worden ook vanwege bun goede lasbaarheid veel gebruikt voor opslag en transport van vloeibare zuurstof en vloeibaar aardgas.

Corrosieweerstand
De corrosieweerstand van de niet-warmtebehandelbare legeringen wordt nauwelijks veranderd door de laswarmte. De aluminium-magnesium-silicium warmtebehandelbare legeringen, zoals 6061 en 6063 bezitten eveneens hoge weerstand tegen corrosie in de gelaste toestand. De warmtebehandelbare legeringen uit de 2xxx- en 7xxx-reeks, die aanzienlijke hoeveelheden koper respectievelijk zink bevatten, kunnen een veranderde corrosieweerstand te zien geven als gevolg van de laswarmte. Bij de aluminium koperlegeringen bijvoorbeeld wordt de warmtebeïnvloede zone kathodisch (edeler) ten opzichte van het lasmetaal, terwijl bij aluminium zinklegeringen het omgekeerde het geval is in de aanwezigheid van water of enige andere elektrolyt. Verschillende legeringsamenstellingen geven lichtelijk verschillende elektrodepotentialen in de aanwezigheid van diverse oplossingen. Selectieve corrosie kan optreden bij gebruik in oplossingen, waarbij het basismetaal en het lasmetaal aanzienlijk verschillende potentialen hebben. De legering met de negatievere potentiaal van de las zal proberen het andere deel tegen corrosie te beschermen. Dus, als het lasmetaal anodisch is ten opzichte van het basismetaal (zoals het geval is bij een 5356 las in 6061-T6 basismetaal) dan kan de relatief kleine las bij voorkeur worden aangetast, en beschermt aldus het grotere oppervlak van het basismetaal (dit is een geval van kathodische bescherming, waarbij het anodische materiaal wordt opgeofferd, alleen is het hier een ongewenst effect). Hoe groter het te beschermen oppervlak en hoe groter het verschil in elektrodepotentiaal des te sneller zal er corrosie optreden en voortschrijden. Optimale corrosieweerstand wordt verkregen als de oplospotentiaal van het lastoevoegmetaal dezelfde is als die van het basismetaal, zoals bijvoorbeeld het geval is bij 4043 lastoevoegmetaal en 6061-T6 basismetaaL Als dat niet te realiseren is dan moet bij voorkeur de basislegering anodisch zijn ten opzichte van het lasmetaal, zoals het geval is bij 7005-T6 basismetaal en 5356 lastoevoegmetaaL


Nu gaat het basismetaal in oplossing, maar heel veel langzamer vanwege het veel grotere oppervlak van het basismetaal, ten opzichte van het lasmetaal. Bij de 7xxx-reeks is de warmtebeïnvloede zone anodisch ten opzichte van het onbeïnvloede metaal en geeft reden tot zorg. Constructiewerk van 7xxx-legeringen worden doorgaans geschilderd om galvanische corrosie tegen te gaan. In sommige gevallen wordt bij wijze van extra voorzorgsmaatregel het lasgebied gemetalliseerd met een andere aluminiumlegering om galvanische corrosie tegen te gaan en in geval van kleine openingen in de verflaag. De meeste onbeschermde combinaties aluminium basismetaal en aluminium laslegering voldoen goed onder algemene atmosferische omstandigheden. In sommige gevallen kan er een legeringsbestanddeel worden gevormd, als gevolg van het samengaan van legeringselementen uit het basismetaal en uit het lastoevoegmetaal, waardoor er een anodische zone ontstaat ter plaatse van de overgang van lasmetaal en basismetaaL Als een 5xxx-legering wordt gelast met aluminium silicium-lastoevoegmetaal, of vice versa, dan kan er een magnesiumsilicide verbinding ontstaan. In bepaalde oplossingen, zoals een licht zure oplossing, kan dit magnesiumsilicide zeer anodisch zijn ten opzichte van alle andere delen van de las. Het gevolg is een messcherpe corrosieve aantasting. Sommige chemische milieus of speciale omstandigheden kunnen speciale samenstellingseisen stellen aan de elementen in een legering. In het geval van blootstelling aan waterstofperoxide, moeten koper- en mangaanverontreinigingen tot een minimum worden beperkt in basismetaallegeringen als 5652 en 5254 en in laslegeringen als 5654. In sommige gevallen wordt er gekozen voor een hoog-zuivere aluminiumlegering voor dit soort doeleinden. Laslegeringen met een gelijke of hogere zuiverheid dan die van de basislegering zijn in het algemeen aanvaardbaar in dit soort gevallen en laslegering 1188 voldoet aan het merendeel van deze eisen.

Kleurovereenkomst
Een goede kleurovereenkomst tussen lasmetaal en basismetaal is vaak gewenst voor ornamentele of architectonische toepassingen waarvoor hetzij een chemische, hetzij een elektrochemische behandeling vereist is. De uiteindelijke kleur van de legering hangt af van haar chemische samenstelling. In het ideale geval zou het lastoevoegmetaal dezelfde samenstelling moeten hebben als het basismetaal voor een optimale kleurovereenkomst. Dit lukt wel voor de meeste niet-warmtebehandelbare legeringen, maar lukt niet voor het merendeel van de warmtebehandelbare aluminiumlegeringen, vanwege de anders optredende scheurgevoeligheid. Er moet dus voor die legeringen gebruik worden gemaakt van laslegeringen met afwijkende samenstelling maar met dezelfde kleurrespons. De twee legeringselementen die dan het meest in het oog springen zijn silicium en chroom. Silicium als legeringselement geeft een grijs tot zwarte kleur, afhankelijk van het siliciumpercentage. Lassen die zijn gelegd met aluminium-silicium laslegeringen zullen een scherp contrast vertonen met alle aluminiumlegeringen behalve aluminium-siliciumlegeringen. Chroom geeft een legering een gele tot goudgele kleur als hij een anodiseerbehandeling ondergaat. Mangaan tenslotte veroorzaakt een zwak grijze verkleuring.


Laslegeringen die een goede kleurovereenkomst geven zijn:

 

• 1188 voor het lassen van 1100, 3003, 5005, 5050;
• 5654 voor het lassen van 5052, 5154;
• 5356 voor het lassen van 6061, 6063, 511.0, 514.0, 535.0;
• 5138 of 5556 voor het lassen van 5083, 5086, 5454, 5456;
• 4010, 4043 of 4047 voor het lassen van 356.0, A356.0, A357.0, 443.0, A444.0.

Basislegering 6061 en 6063 die meestal worden gelast met laslegering 4043 moeten in geval van kleurovereenkomst worden gelast met laslegering 5356 voor de beste resultaten in deze.